JP5546595B2 - 内燃機関のノック制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関で発生するノックを抑制するためのノック制御装置に関するものである。

一般に、内燃機関の運転中にノックが発生すると、内燃機関のボア径やノックの振動モードに応じて、固有の周波数帯の振動が発生することが知られており、内燃機関で発生するノック現象は、内燃機関のブロックに直接取り付けられた振動センサ（以下、「ノックセンサ」という）を用いて検出されている。

上記ノック検出装置においては、ノックセンサの出力に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などの演算を行い、内燃機関の固有周波数帯の振動強度を測定することにより、ノックを検出している。

また、内燃機関の特性として、点火時期を進角させると、内燃機関の出力トルクは向上するもののノックは発生し易くなり、逆に、点火時期を遅角させると、内燃機関の出力トルクは低下するもののノックは発生しにくくなることが知られている。

そこで、従来から、ノックが検出された場合には、点火時期を遅角側に補正してノックを抑制し、ノック非検出が確認された後には、点火時期を進角側に復帰させて、トルク低下を最小限に抑えるノック制御装置が適用されている。

この場合、ノック検出時には点火時期を遅角側に補正し、ノック非検出時には進角側に復帰させることにより、ノック発生を抑制しつつ最大トルクを出力するノック限界点火時期で内燃機関を運転制御することが可能となる。

上記ノック制御装置において、ノック発生を判定するためのノック判定閾値は、一般的にノックに起因した振動が顕著に現れるクランク角度の範囲として、あらかじめ設定されたノック検出区間における振動強度のピーク値を検出し、さらに、ピーク値を複数の点火サイクルにわたってフィルタ処理して算出されるピーク値の基本統計量（平均値や標準偏差など）に基づいて算出される。

しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、ノックに起因しない振動（以下、「ノイズ振動」という）が、実際のノックに起因した振動よりも大きい強度でノック検出区間に重畳することがあり、この場合、ノックの誤検出や検出漏れなどの不具合が生じるという問題があった。
つまり、ノイズ振動の重畳によって、実際のノック振動を検出することが困難になる。

そこで、従来から、ノックセンサで検出された振動波形からノイズ振動波形を除去することにより、上記不具合を解消してノック検出性を向上させる技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の従来装置においては、まず、ノックに起因して発生するノック振動波形と、内燃機関の構成部品の作動に起因して発生するノイズ振動波形と、をあらかじめ記憶しておく。

続いて、構成部品の制御状態に基づき予測されるノイズ振動の発生位置を中心として、所定クランク角度範囲内でノックセンサにより検出された振動波形と、あらかじめ記憶されたノイズ振動波形とを比較することにより、ノイズ振動の発生位置を特定する。

次に、ノックセンサにより検出された振動波形のうち、特定されたノイズ振動の発生位置の振動波形から、あらかじめ記憶されたノイズ振動波形を減算することにより、ノイズ振動波形を除去する。

最後に、ノイズ振動波形が除去された振動波形と、あらかじめ記憶されたノック振動波形とを比較することにより、実際のノック発生状態を判定する。
これにより、ノイズ振動が重畳した場合においても、ノックが発生したか否かを高精度に判定している。

ただし、正確にノイズ振動を除去するためには、ノイズの振動位置や波形の適合が必要となるが、構成部品の作動に起因して発生するノイズ振動波形は、個々の構成部品の状態によっても変化する場合があり、また、ノックセンサと構成部品との設置距離や、内燃機関の運転状態によっても変化する場合がある。

このように、個別の状況に応じて多様に変化するノイズ振動波形を、あらかじめ実験などによって適合させて記憶させることは困難である。また、たとえ適合できたとしても、多大な適合工数を要するがかかるうえ、実際に発生しているノイズ振動波形を適切に除去することができずに、ノック検出性が悪化する可能性もある。

また、ノイズ振動波形と、ノックに起因して発生する振動波形とが、同じタイミングで重畳した場合には、ノイズ振動波形の特定が困難になるうえ、ノック振動波形の特定も困難になる。

さらに、ノック以外に起因して発生するノイズ振動としては、構成部品の作動に起因して発生するノイズ振動のみならず、内燃機関の燃焼に起因して発生するノイズ振動や、内燃機関に固有のノイズ振動などが考えられるが、これらのノイズ振動波形は、その形状が多様に変化するうえ、発生位置の特定も困難な場合が多い。この結果、ノイズ振動波形を適切に除去することができずに、ノック検出性が悪化する可能性がある。

特許第４４７３１７１号公報

従来の内燃機関のノック制御装置は、特許文献１のように、ノック振動波形およびノイズ振動波形をあらかじめ記憶しておき、ノックセンサで検出された振動波形からノイズ振動波形を除去することによりノックを検出しているものの、各種条件によって多様に変化する実際のノイズ振動波形を正確に除去することが困難であることから、ノック検出性を十分に向上させることができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の作動に起因して発生する多種多様なノイズ振動波形を、ノイズ振動波形の発生位置や形状を適合させることなく簡単かつ適切に除去することにより、ノック検出性を十分に向上させた内燃機関のノック制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関のノック制御装置は、内燃機関の振動を検出するノックセンサと、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角センサと、クランク角度に対応させて、ノックセンサの検出信号からノック固有周波数成分の振動波形を検出する振動波形検出手段と、内燃機関の複数の点火サイクルにわたって、クランク角度ごとに、振動波形に係る振動強度の平均値を算出することにより、定常的に発生するノイズ振動波形に対応した振動波形平均値を算出する振動波形平均値算出手段と、振動波形から振動波形平均値を減算することによりノイズ振動波形を除去するノイズ振動波形除去手段と、ノイズ振動波形が除去された後の振動波形のピーク値に基づいてノック判定閾値を算出するノック判定閾値算出手段と、ピーク値とノック判定閾値とを比較することにより、内燃機関にノックが発生したか否かを判定するノック判定手段と、を備えたものである。

この発明によれば、ノックセンサ出力からノックに特徴的な振動波形を検出し、複数の点火サイクルにわたる振動波形平均値を減算することにより、内燃機関の作動に起因して発生する多種多様なノイズ振動波形を、ノイズ振動波形の発生位置や形状を適合させることなく、適切に除去することが可能となり、ノック検出性を十分に向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置の要部を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１によるノック未発生かつノイズ重畳なしの条件下でのノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるノック発生かつノイズ重畳なしの条件下でのノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるノック未発生かつノイズ重畳ありの条件下でのノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるノック発生かつノイズ重畳ありの条件下でのノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるノック発生かつノイズ重畳ありかつノイズ位置変化ありの条件下でのノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるノック発生かつノイズ重畳ありかつノイズ形状変化ありの条件下でのノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるインジェクタノイズがノック検出区間に重畳しない場合での振動波形平均値の算出過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるインジェクタノイズがノック検出区間に重畳する場合での振動波形平均値の算出過程を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるノック制御動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置の全体構成を示すブロック図である。

図１において、内燃機関のノック制御装置は、エンジン１（内燃機関）を運転状態を制御するＥＣＵ（エンジン制御ユニット）６により構成されている。
エンジン１は、複数の気筒１ａにより構成されている。ここでは、代表的に１つの気筒１ａのみを示している。

気筒１ａの燃焼室１ｂには、吸気通路４への開閉を行う吸気バルブ１ｃと、エキゾーストマニホールド１６への開閉を行う排気バルブ１ｄと、燃焼室１ｂ内を移動するピストン１ｅと、クランク軸１ｆと、吸気バルブ１ｃを駆動するカム軸１ｇと、ピストン１ｅをクランク軸１ｆに連結するコネテクティングロッド１ｈと、点火プラグ２と、インジェクタ３と、クランク軸１ｆに対向配置されたクランク角センサ９と、が設けられている。
また、エンジン１には、ノックセンサ１１が設けられており、カム軸１ｇには、カム角センサ１０が設けられている。

吸気通路４には、電子制御スロットル５が設けられており、電子制御スロットル５の上流側には、エアフローセンサ１２およびエアクリーナ１４が設けられ、電子制御スロットル５の下流側には、サージタンク１５が設けられている。
また、エキゾーストマニホールド１６の下流側には、触媒１７が設けられている。

電子制御スロットル５は、スロットルバルブ５ａと、スロットルバルブ５ａを駆動するモータ５ｂと、スロットルバルブ５ａの開度を検出するスロットル開度センサ５ｃとにより構成されている。
また、運転者により操作されるアクセルペダル７には、アクセルポジションセンサ８が設けられている。

クランク角センサ９は、クランク軸１ｆの回転に応じてクランク角度を検出し、カム角センサ１０は、吸気側のカム軸１ｇのカム角度を検出し、ノックセンサ１１は、エンジン１の振動を検出し、各検出信号をＥＣＵ６に入力する。
ＥＣＵ６は、各種センサからの検出信号に基づき、カム軸１ｇ、点火プラグ２、インジェクタ３および電子制御スロットル５を駆動制御する。

エンジン１への吸入空気量は、ＥＣＵ６の制御下で、吸気通路４内の電子制御スロットル５により調整される。
具体的には、ＥＣＵ６は、アクセルペダル７の操作量を検出するアクセルポジションセンサ８の検出信号を取得して、モータ５ｂに駆動制御信号を送り、スロットル開度センサ５ｃからのスロットルバルブ開度信号をフィードバックすることにより、スロットルバルブ５ａを適切な開度に制御する。

なお、ＥＣＵ６は、図示したアクセルポジションセンサ８、クランク角センサ９、カム角センサ１０、エアフローセンサ１２およびノックセンサ１１のみならず、他の各種センサ（図示せず）からの検出信号も取得し、点火プラグ２による点火時期およびインジェクタ３による燃料噴射量などの制御量を演算する。

これにより、ＥＣＵ６は、各演算結果に基づく制御量に基づき、インジェクタ３を駆動して燃料を燃焼室１ｂ内に噴射供給するとともに、点火プラグ２に接続された点火コイル１３を駆動することにより、点火プラグ２のプラグギャップから火花を放電させ、燃焼室１ｂ内の混合気を燃焼させる。

エアクリーナ１４によって塵やごみが除去された吸入空気は、エアフローセンサ１２で流量が計測された後、電子制御スロットル５を通過してサージタンク１５へと導かれ、さらに、サージタンク１５から吸気バルブ１ｃを通って燃焼室１ｂに導入される。
燃焼室１ｂ内に導入された吸入空気とインジェクタ３から噴射された燃料とが混ざりあって混合気が形成され、点火プラグ２の火花放電によって混合気が着火されて燃焼する。

混合気の燃焼圧力は、ピストン１ｅに伝えられてピストン１ｅを往復運動させ、ピストン１ｅの往復運動は、コネテクティングロッド１ｈを介してクランク軸１ｆに伝えられ、クランク軸１ｆで回転運動に変換されて、エンジン１の回転出力として取り出される。
燃焼後の混合気は、排気ガスとなり、排気バルブ１ｄを介してエキゾーストマニホールド１６に排出され、触媒１７で浄化された後、大気中へ排出される。

次に、図２を参照しながら、ＥＣＵ６内で行うノック制御の概要について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置の要部を示す機能ブロック図であり、ＥＣＵ６の具体的な機能構成を示している。
図２においては、ＥＣＵ６内のノック制御部に関連した構成に注目しており、各種センサとしては、クランク角センサ９およびノックセンサ１１のみが示されている。

図２において、ＥＣＵ６は、各種のＩ／Ｆ（インタフェース）回路６１と、マイクロコンピュータ６２と、により構成されている。
Ｉ／Ｆ回路６１は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１８を備えており、ノックセンサ１１で検出された振動波形から高周波成分を除去し、ノック成分に対応した低周波成分の振動波形のみをマイクロコンピュータ６２に入力する。

マイクロコンピュータ６２は、ＬＰＦ１８を介した振動波形（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１９と、振動波形検出手段２０と、振動波形平均値算出手段２１と、ノイズ振動波形除去手段２２と、ノック判定閾値算出手段２３と、ノック判定手段２４と、ノック補正量算出手段２５と、を備えている。

マイクロコンピュータ６２内の各種の演算処理手段は、制御プログラムや制御定数を記憶しておくＲＯＭ領域と、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくＲＡＭ領域と、プログラムを実行するＣＰＵと、により構成されている。

振動波形検出手段２０は、Ａ／Ｄ変換器１９を介した振動波形と、クランク角センサ９からのクランク角度とから、ノック発生領域に対応した所定クランク角度領域の振動波形を検出する。
振動波形平均値算出手段２１は、振動波形検出手段２０で検出された振動波形をフィルタ処理して、ノイズ振動波形に対応した振動波形平均値ＶＩＡ（後述する）を算出する。

ノイズ振動波形除去手段２２は、振動波形検出手段２０で検出された振動波形から振動波形平均値ＶＩＡを減算して、ノイズ振動波形を除去した振動波形のピーク値ＶＰを生成する。
ノック判定閾値算出手段２３は、ノイズ振動波形除去後の振動波形のピーク値ＶＰからノック判定閾値ＶＴＨを算出する。

ノック判定手段２４は、ピーク値ＶＰとノック判定閾値ＶＴＨとを比較してノック強度ＶＫ（後述する）に対応したノック信号を生成する。
ノック補正量算出手段２５は、ノック発生を示すノック信号に応答して、たとえば、点火時期を遅角補正するためのノック補正量θＲを算出し、点火コイル１３の駆動回路（図示せず）に入力する。

マイクロコンピュータ６２内のＡ／Ｄ変換器１９は、一定の時間間隔（たとえば、１０μｓ、または２０μｓ）ごとに、Ａ／Ｄ変換を実行する。
一方、Ｉ／Ｆ回路６１内のＬＰＦ１８は、Ａ／Ｄ変換器１９において、すべてのレベルの振動成分の取り込みを可能にするために、ゲイン変換機能をも有している。

たとえば、ＬＰＦ１８は、振動成分の中心を２．５Ｖに設定するために、２．５Ｖにバイアスしておき、振動成分が２．５Ｖを中心として０Ｖ〜５Ｖの範囲内に収まるように、振動成分が小さい場合には、２．５Ｖを中心に増幅し、逆に振動成分が大きい場合には、２．５Ｖを中心に減衰することにより、すべてのレベルの振動波形をＡ／Ｄ変換器１９に入力する。

なお、Ａ／Ｄ変換器１９の処理は、一定時間間隔ではなく、常時実行しておいて、以降の演算処理で必要なクランク角度区間のデータのみを、振動波形検出手段２０に入力するように構成してもよい。または、以降の演算処理で必要なクランク角度区間のみについてＡ／Ｄ変換処理を行い、振動波形検出手段２０に入力するように構成してもよい。

続いて、振動波形検出手段２０は、デジタル信号処理により周波数解析を行い、ノック固有周波数成分の振動波形を算出する。
なお、振動波形検出手段２０のデジタル信号処理としては、たとえば、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）や、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）と呼ばれる公知の演算処理が用いられる。これにより、所定時間（または、所定クランク角度）ごとに、ノック固有周波数成分のスペクトル（以下、「振動強度ＶＩ」という）が振動波形として算出される。

また、上記デジタル信号処理として、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタや、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタを用い、ノック固有周波数成分を抽出するようにしてもよい。
なお、振動波形検出手段２０の演算は、Ａ／Ｄ変換器１９の処理を行いながら実行してもよく、エンジン１の回転に同期した割込み処理によりまとめて実行してもよい。

前述の通り、エンジン１の振動には、ノックに起因したノック振動以外に、エンジン１の作動に起因したノイズ振動があり、ノイズ振動はノック固有周波数に重畳する場合がある。

また、ノイズ振動には、エンジン１に設けられたインジェクタ３や吸気バルブ１ｃ、排気バルブ１ｄなどの構成部品が作動することに起因して発生する振動と、ピストン１ｅなどの作動に起因して発生するエンジン１に固有の振動と、燃焼室１ｂ内の混合気の燃焼に起因して発生する振動とがある。

このようなノイズ振動が振動波形に重畳することにより、単に振動波形を検出したのみでは、マイクロコンピュータ６２内のノック判定手段２４において、ノックを高精度に判定できない可能性がある。

そこで、ＥＣＵ６内の振動波形平均値算出手段２１は、振動波形検出手段２０で検出した所定点火サイクルにおける振動波形に対し、複数の点火サイクルにわたってフィルタ処理を施すことにより、ノイズ振動波形に対応した振動波形平均値ＶＩＡを算出する。

なお、振動強度ＶＩの平均値である振動波形平均値ＶＩＡ［ｎ］は、前回タイミングでの平均値ＶＩＡ［ｎ−１］と、今回タイミングでの振動強度ＶＩ［ｎ］と、フィルタ係数ＫＶＩＡとを用いて、以下の式（１）のようなフィルタ演算により算出される。

ＶＩＡ［ｎ］＝ＫＶＩＡ×ＶＩＡ［ｎ−１］＋（１−ＫＶＩＡ）×ＶＩ［ｎ］・・・（１）

ただし、式（１）において、［ｎ］は今回点火タイミングでの処理、［ｎ−１］は前回点火タイミングでの処理を意味する。
振動強度ＶＩは、振動波形検出手段２０により所定のクランク角度ごとに算出される値であり、同様に、振動強度ＶＩの平均値（振動波形平均値ＶＩＡ）は、所定のクランク角度ごとに算出される値である。

続いて、ノイズ振動波形除去手段２２は、振動波形検出手段２０で検出した振動波形から振動波形平均値算出手段２１で算出した振動波形平均値ＶＩＡを減算することにより、ノイズ振動波形を除去した振動波形のピーク値ＶＰを生成する。

また、ノック判定閾値算出手段２３は、ノイズ振動波形除去手段２２からのノイズ振動波形除去後の振動波形のピーク値ＶＰに基づき、以下の式（２）〜式（５）を用いてノック判定閾値ＶＴＨを算出する。

まず、ノック判定閾値算出手段２３は、エンジン１の行程ごとに、ピーク値ＶＰ［ｎ］に対して、フィルタ係数ＫＢＧＬを用いたフィルタ処理を行うことにより、以下の式（２）のように、ピーク値ＶＰの平均値に相当するバックグランドレベルＶＢＧＬ［ｎ］を算出する。

ＶＢＧＬ［ｎ］＝ＫＢＧＬ×ＶＢＧＬ［ｎ−１］＋（１−ＫＢＧＬ）×ＶＰ［ｎ］・・・（２）

続いて、ノック判定閾値算出手段２３は、フィルタ係数ＫＶＡＲを用いて、以下の式（３）のように、ピーク値ＶＰ［ｎ］の分散ＶＶＡＲ［ｎ］を算出する。

ＶＶＡＲ［ｎ］＝ＫＶＡＲ×ＶＶＡＲ［ｎ−１］＋（１−ＫＶＡＲ）×（ＶＰ［ｎ］−ＶＢＧＬ［ｎ］）・・・（３）

また、以下の式（４）のように、ピーク値ＶＰ［ｎ］の標準偏差ＶＳＧＭ［ｎ］を算出する。

ＶＳＧＭ［ｎ］＝ＶＶＡＲ［ｎ］^１／２・・・（４）

最後に、ノック判定閾値算出手段２３は、式（２）で求めたバックグランドレベルＶＢＧＬ［ｎ］と、式（３）および式（４）で求めた標準偏差ＶＳＧＭ［ｎ］と、ノック判定閾値算出係数ＫＴＨとを用いて、以下の式（５）のようにノック判定閾値ＶＴＨ［ｎ］を算出する。

ＶＴＨ［ｎ］＝ＶＢＧＬ［ｎ］＋ＫＴＨ×ＶＳＧＭ［ｎ］・・・（５）

次に、ノック判定手段２４は、ノック発生有無を判別するために、ピーク値ＶＰ［ｎ］と、バックグランドレベルＶＢＧＬ［ｎ］と、ノック判定閾値ＶＴＨ［ｎ］とを用いて、以下の式（６）のようにノック強度ＶＫ［ｎ］を算出する。

ＶＫ［ｎ］＝（ＶＰ［ｎ］−ＶＢＧＬ［ｎ］）／（ＶＴＨ［ｎ］−ＶＢＧＬ［ｎ］）・・・（６）

式（６）で算出されたＶＫ［ｎ］が「ＶＫ［ｎ］＞０」を示す場合に、ノック発生と判定される。

次に、ノック補正量算出手段２５は、以下の式（７）および式（８）により、ノック強度ＶＫ［ｎ］に応じたノック補正量θＲ［ｎ］を算出する。
まず、ノック補正量算出手段２５は、遅角量反映係数ＫＲおよび最大遅角量θｍｉｎを用いて、以下の式（７）により、１点火ごとのノック強度に応じた遅角量ΔθＲ［ｎ］を算出する。

ΔθＲ［ｎ］＝ｍａｘ（−ＶＫ［ｎ］×ＫＲ，θｍｉｎ）・・・（７）

また、ノック補正量算出手段２５は、進角復帰係数ＫＡ［ｎ］および最大進角量θｍａｘを用いて、１点火ごとの遅角量ΔθＲ［ｎ］を積算することにより、点火時期のノック補正量θＲ［ｎ］を算出する。

θＲ［ｎ］＝ｍｉｎ（θＲ［ｎ−１］＋ΔθＲ［ｎ］＋ＫＡ，θｍａｘ）・・・（８）

式（８）内の最大進角量θｍａｘにより、ノック補正量算出手段２５は、ノックが発生していないと判定された場合には、点火時期を進角復帰させることができる。

以上に述べた一連の処理により、エンジン１の作動に起因して発生する多種多様なノイズ振動波形を、ノイズ振動波形の発生位置や形状を適合させることなく、適切に除去することができ、ノック検出性を向上させることが可能となる。
なお、前述の各式は、この発明の実施の形態１の動作を説明するための一例に過ぎず、これらの式に限定されるものではない。

次に、図３〜図１０の各説明図を参照しながら、検出された振動波形からノイズ振動波形を除去して、ノック判定閾値ＶＴＨを算出するまでの処理過程について補足説明する。
図３〜図８において、上段側の波形（ｃ）は、個別に異なる種々のノイズ振動を考慮しない場合の算出結果であり、この発明の実施の形態１による算出結果（Ｃ）と対比するために示している。

ここでは、クランク角度位置をＴＤＣ（上死点：Ｔｏｐ Ｄｅａｔｈ Ｃｅｎｔｅｒ）およびＡＴＤＣ（Ａｆｔｅｒ Ｔｏｐ Ｄｅａｔｈ Ｃｅｎｔｅｒ）で定義し、ノック検出区間τｋとして、ＴＤＣ（＝０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）〜６０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］に設定した場合の振動波形について説明する。

まず、図３および図４を参照しながら、燃焼に起因したノイズ（以下、「燃焼ノイズ」という）のみが重畳した場合（実質的にはノイズ重畳なしの場合）での、ノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程について説明する。

図３はノックが発生していない場合の説明図であり、図４は各時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３でノックが発生している場合の説明図である。
この場合、ノイズ重畳がないので、従来装置の算出結果（図３（ｃ）、図４（ｃ））と、この発明の実施の形態１による算出結果（図３（Ｃ）、図４（Ｃ））との間で、顕著な差が生じることはなく、ノック判定に支障が生じることもない。

図３および図４において、図３（ａ）、図４（ａ）は、振動波形検出手段２０の検出波形、すなわち１点火サイクルのクランク角度に対する振動波形の一例を示している。
図３（ｂ）、図４（ｂ）は、複数の点火サイクルのクランク角度に対する振動波形（細線）を重ね書きして示すとともに、振動波形平均値算出手段２１により算出される振動波形平均値ＶＩＡ（太線）を示している。

図３（ｃ）、図４（ｃ）は、従来装置により算出されるバックグランドレベルｖｂｇｌ（点線）およびノック判定閾値ｖｔｈ（２点鎖線）を示すタイミング波形であり、振動波形検出手段２０からの振動波形のピーク値ｖｐ（実線）と関連させて示している。

一方、図３（Ａ）、図４（Ａ）は、ノイズ振動波形除去手段２２の出力波形を示しており、図３（ａ）、図４（ａ）の振動波形から、それぞれ、振動波形平均値ＶＩＡ（図３（ｂ）、図４（ｂ）内の太線参照）を除去した後の、１点火サイクルのクランク角度に対する振動波形を示している。

図３（Ｂ）、図４（Ｂ）は、ノイズ振動波形除去手段２２によるノイズ振動波形除去後の振動波形を、複数の点火サイクルのクランク角度に対して重ね書きして示したものである。
図３（Ｃ）、図４（Ｃ）は、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に対応して、ノック判定閾値算出手段２３により算出される、バックグランドレベルＶＢＧＬ（点線）およびノック判定閾値ＶＴＨ（２点鎖線）を示すタイミング波形であり、ノイズ振動除去後の振動波形のピーク値ＶＰ（実線）と関連させて示している。

ノイズ重畳がなく、かつノックが発生していない場合でのノックセンサ１１の検出信号は、図３（ａ）のように、燃焼ノイズのみを含む振動波形となる。
従来装置においては、図３（ａ）（または、図３（ｂ）内の細線）のように、燃焼ノイズを含む振動波形のピーク値ｖｐに基づき、図３（ｃ）のように、バックグランドレベルｖｂｇｌおよびノック判定閾値ｖｔｈが算出される。

一方、この発明の実施の形態１では、まず、振動波形平均値算出手段２１において、複数の点火サイクルごとに前述の式（１）を用いることにより、ノイズ振動波形に対応する平均値波形として、クランク角度に対する振動波形平均値ＶＩＡ（図３（ｂ）内の太線）が算出される。

このとき、燃焼ノイズの振動波形は、点火サイクルごとに異なり、図３（ｂ）に示すように、点火サイクルごとの振動波形を重ね書きすると、燃焼ノイズの発生位置（３０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］付近）においてクランク角度に対する振動波形の変化が大きくなる。

すなわち、複数の点火サイクルにわたって振動波形をフィルタ処理した振動波形平均値ＶＩＡは、点火サイクルごとの燃焼ノイズによる振動波形の影響を大きく受けることがないので、定常的に発生する燃焼ノイズのみが重畳したノイズ振動波形を適切に算出することができる。

したがって、図３（ａ）（または、図３（ｂ）内の細線）の振動波形から、振動波形平均値ＶＩＡ（図３（ｂ）内の太線）を減算することにより、図３（Ａ）（または、図３（Ｂ））に示すように、ノイズ振動波形を適切に除去することができる。

この結果、図３（Ｃ）に示すように、ノイズ振動波形除去後の燃焼ノイズによる振動波形のピーク値ＶＰに基づき、バックグランドレベルＶＢＧＬおよびノック判定閾値ＶＴＨを算出することができる。
ただし、図３（燃焼ノイズのみが重畳、かつノック未発生）の場合は、従来装置またはこの発明の実施の形態１のいずれにおいても、図３（ｃ）、図３（Ｃ）に示すように、ノイズ振動がノックと誤検出されることはない。

一方、ノイズ重畳がなく、かつノックが発生した場合でのノックセンサ１１の検出信号は、図４（ａ）のように、ノックに起因した振動成分を含む振動波形となる。
この場合、従来装置では、図４（ｃ）のように、図４（ａ）（または、図４（ｂ）内の細線）のノックまたは燃焼ノイズによる振動波形のピーク値ｖｐに基づき、ノック判定閾値ｖｔｈが算出される。

一方、この発明の実施の形態１では、前述と同様に、振動波形平均値算出手段２１により、ノイズ振動波形として、クランク角度に対する振動波形平均値ＶＩＡ（図４（ｂ）内の太線）を算出する。

この場合も、ノックまたは燃焼ノイズによる振動波形は、点火サイクルごとに異なるので、図４（ｂ）のように振動波形を重ね書きすると、ノックや燃焼ノイズの発生位置において、クランク角度に対する振動波形の変化が大きくなるので、振動波形平均値ＶＩＡは、点火サイクルごとのノック、または燃焼ノイズによる振動波形の影響を大きく受けることがなく、定常的に発生する燃焼ノイズによるノイズ振動波形を適切に算出することができる。

したがって、図４（ａ）（または、図４（ｂ））の振動波形から、図４（ｂ）の振動波形平均値ＶＩＡを減算することにより、図４（Ａ）（または、図４（Ｂ））のように、ノイズ振動波形を適切に除去することができる。

この結果、図４（ｃ）のように、ノイズ振動波形が除去された後のノックまたは燃焼ノイズによる振動波形のピーク値ＶＰに基づき、バックグランドレベルＶＢＧＬおよびノック判定閾値ＶＴＨを算出することができる。
ただし、図４（燃焼ノイズのみが重畳、かつノック発生）の場合は、従来装置またはこの発明の実施の形態１のいずれにおいても、図４（ｃ）、図４（Ｃ）に示すように、ノックを高精度に検出することができる。

次に、図５および図６を参照しながら、燃焼ノイズのみならず、他の要因によるノイズが重畳した場合（実質的ノイズ重畳ありの場合）での、ノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの処理過程について説明する。
図５はノックが発生していない場合の説明図であり、図６は各時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３でノックが発生している場合の説明図である。

ここでは、具体例として、ノック検出区間τｋ内のクランク角度α（３［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］付近）において、ピストン１ｅの運動に起因したエンジン１に固有のノイズ振動（以下、「スラップ（ｓｌａｐ）ノイズ」という）が重畳し、クランク角度β（５５［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］付近）において、インジェクタ３の作動に起因したノイズ振動（以下、「インジェクタノイズ」という）が重畳した場合を示している。

図５、図６において、図５（ａ）、図６（ａ）は、振動波形検出手段２０により検出される１点火サイクルのクランク角度に対する振動波形の一例を示している。
図５（ｂ）、図６（ｂ）は、複数の点火サイクルのクランク角度に対する振動波形（細線）を重ね書きして示すとともに、振動波形平均値算出手段２１により算出される振動波形平均値ＶＩＡ（太線）を示している。

図５（ｃ）、図６（ｃ）は、従来装置により算出されるバックグランドレベルｖｂｇｌ（点線）およびノック判定閾値ｖｔｈ（２点鎖線）を示すタイミング波形であり、振動波形検出手段２０からの振動波形（図５（ａ）、図６（ａ））のピーク値ｖｐ（実線）と関連させて示している。

一方、図５（Ａ）、図６（Ａ）は、ノイズ振動波形除去手段２２の出力波形を示しており、図５（ａ）、図６（ａ）の振動波形から、それぞれ振動波形平均値ＶＩＡ（図５（ｂ）、図６（ｂ）内の太線）を除去した後の、１点火サイクルのクランク角度に対する振動波形を示している。

図５（Ｂ）、図６（Ｂ）は、ノイズ振動波形除去手段２２によるノイズ振動波形除去後の振動波形を、複数の点火サイクルのクランク角度に対して重ね書きして示したものである。
図５（Ｃ）、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）、図５（Ｂ）に対応して、ノック判定閾値算出手段２３により算出される、バックグランドレベルＶＢＧＬ（点線）およびノック判定閾値ＶＴＨ（２点鎖線）を示すタイミング波形であり、ノイズ振動除去後の振動波形のピーク値ＶＰ（実線）と関連させて示している。

ノイズ重畳（スラップノイズ、インジェクタノイズ）があり、かつノックが発生していない場合でのノックセンサ１１の検出信号は、図５（ａ）に示すように、燃焼ノイズに加えて、クランク角度αでのスラップノイズと、クランク角度βでのインジェクタノイズと、を含む振動波形となる。

従来装置では、図５（ｃ）のように、図５（ａ）（または、図５（ｂ）内の細線）のインジェクタノイズ（クランク角度β）による振動波形のピーク値ｖｐに基づき、バックグランドレベルｖｂｇｌおよびノック判定閾値ｖｔｈが算出される。

一方、この発明の実施の形態１では、まず、振動波形平均値算出手段２１により、ノイズ振動波形として、クランク角度に対する振動波形平均値ＶＩＡ（図５（ｂ）内の太線）が算出される。

このとき、スラップノイズおよびインジェクタノイズの振動波形は、点火サイクルごとにほぼ同一形状であり、図５（ｂ）のように各振動波形を重ね書きすると、スラップノイズおよびインジェクタノイズの発生位置（クランク角度α、β）でのクランク角度に対する振動波形の変化が小さいことから、振動波形平均値ＶＩＡに対して大きな影響を与えることになる。

一方、燃焼ノイズによる振動波形は、前述の通り、点火サイクルごとに大きく異なり、図５（ｂ）のように振動波形を重ね書きすると、ノックや燃焼ノイズの発生位置（３０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］付近）において、クランク角度に対する振動波形の変化が大きいので、振動波形平均値ＶＩＡは、点火サイクルごとの燃焼ノイズによる振動波形の影響を大きく受けることがない。

したがって、スラップノイズおよびインジェクタノイズ、ならびに、定常的に発生する燃焼ノイズによるノイズ振動波形を適切に算出することができるので、図５（ａ）（または、図５（ｂ）内の細線）の振動波形から、図５（ｂ）の振動波形平均値ＶＩＡ（図５（ｂ）内の太線）を減算することにより、図５（Ａ）（または、図５（Ｂ））のように、ノイズ振動波形を適切に除去することができる。

これにより、図５（Ｃ）に示すように、ノイズ振動波形が除去された後の燃焼ノイズによる振動波形のピーク値ＶＰに基づき、バックグランドレベルＶＢＧＬおよびノック判定閾値ＶＴＨを算出することができる。
図５のように、ノイズ重畳があり、かつノック未発生の場合には、従来装置またはこの発明の実施の形態１のいずれにおいても、図５（ｃ）、図５（Ｃ）に示すように、ノイズ振動をノックと誤検出することはない。

しかし、従来装置（図５（ｃ））の場合は、インジェクタノイズ（クランク角度β）の影響により、ノイズ重畳がない場合（図３（ｃ））と比べて、ピーク値ｖｐおよびノック判定閾値ｖｔｈのレベルが大きくなるので、ノイズ振動をノックと誤検出する可能性がある。

たとえば、インジェクタノイズがノック検出区間τｋに重畳しない状態からノック検出区間τｋに重畳する状態に変化した場合に、フィルタ処理により算出されるノック判定閾値ｖｔｈの追従が遅れてしまい、ピーク値ｖｐがノック判定閾値ｖｔｈを超えて、インジェクタノイズをノックと誤検出する可能性がある。

ここで、図９および図１０を参照しながら、インジェクタノイズが、ノック検出区間τｋに重畳しない状態からノック検出区間τｋに重畳する状態に変化した場合における、振動波形平均値ＶＩＡの算出過程について補足説明する。

図９（ａ）〜図９（ｄ）は、インジェクタノイズがノック検出区間τｋ（０〜６０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に重畳しない場合での、振動波形平均値ＶＩＡの算出過程を示すタイミング波形である。
また、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、インジェクタノイズがノック検出区間τｋに重畳する場合での、振動波形平均値ＶＩＡの算出過程を示すタイミング波形である。

図９（ａ）、図１０（ａ）は、ノイズ振動波形算出区間τ１（クランク角度を基準として、あらかじめ実験的に求められるクランク角度区間≒−１０〜７０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）で算出される振動波形平均値を示している。

図９（ｂ）、図１０（ｂ）は、ノイズ振動波形算出区間τ２（インジェクタ３の噴射時期を基準として、あらかじめ実験的に求められるクランク角度区間≒６０〜７０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）で算出される振動波形平均値を示している。

図９（ｃ）、図１０（ｃ）は、ノイズ振動波形算出区間τ３（点火プラグ２の点火時期を基準として、あらかじめ実験的に求められるクランク角度区間≒２０〜５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）にて算出される振動波形平均値を示している。

図９（ｄ）は、ノック検出区間τｋ（０〜６０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）における、図９（ａ）〜（ｃ）の振動波形平均値の最大値であり、振動波形平均値算出手段２１により算出される最終的な振動波形平均値ＶＩＡである。
同様に、図１０（ｄ）は、ノック検出区間τｋにおける、図１０（ａ）〜（ｃ）の振動波形平均値の最大値であり、振動波形平均値算出手段２１により算出される最終的な振動波形平均値ＶＩＡである。

図９のように、ノック検出区間τｋにインジェクタノイズが重畳しない状態では、図９（ｄ）に示すように、インジェクタノイズによるノイズ振動波形を含まない形で最終的な振動波形平均値ＶＩＡが算出される。

一方、図１０のように、ノック検出区間τｋにインジェクタノイズが重畳する状態に変化した場合には、図１０（ｂ）に示すように、ノイズ振動波形算出区間τ２において、インジェクタノイズに起因したノイズ振動波形が適切に算出される。
なぜなら、インジェクタノイズの発生位置が、クランク角度に対して相対的に変化したとしても、ノイズ振動波形算出区間τ２におけるノイズ振動波形は、ほぼ同一であるからである。この結果、図１０（ｄ）のように、インジェクタノイズを含む形で、最終的な振動波形平均値ＶＩＡが算出される。

こうして算出された振動波形平均値ＶＩＡを用いることにより、ノイズ振動の発生位置が変化した場合においても、適切にノイズ振動波形を算出および除去することができるので、ノイズ振動をノックと誤検出することが回避される。

図６に戻り、ノイズ重畳があり、かつノックが発生した場合でのノック判定閾値ＶＴＨの算出過程について説明する。
ノイズ重畳時にノックが発生した場合のノックセンサ１１の検出信号は、図６（ａ）に示すように、スラップノイズおよびインジェクタノイズと、ノックに起因した振動と、を含む振動波形となる。

従来装置では、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）（または、図６（ｂ）内の細線）のインジェクタノイズによる振動波形のピーク値ｖｐに基づき、バックグランドレベルｖｂｇｌおよびノック判定閾値ｖｔｈが算出される。
この場合、ノック未発生時（図５（ｃ））と同様に、ノイズ振動をノックと誤検出することはないが、インジェクタノイズの影響により、ノイズ重畳なしの場合（図３（ｃ））と比べて、ピーク値ｖｐおよびノック判定閾値ｖｔｈのレベルが大きくなる。

したがって、インジェクタノイズが、ノック検出区間τｋに重畳しない状態から、ノック検出区間τｋに重畳する状態に変化した場合に、フィルタ処理により算出されるノック判定閾値ｖｔｈの追従が遅れてしまい、インジェクタノイズをノックと誤検出する可能性がある。

一方、この発明の実施の形態１では、ノイズ振動波形として、図６（ｂ）内の太線のように、クランク角度に対する振動波形平均値ＶＩＡを算出する。
このとき、スラップノイズおよびインジェクタノイズの振動波形は、点火サイクルごとにほぼ同一形状なので、図６（ｂ）のように振動波形を重ね書きすると、スラップノイズおよびインジェクタノイズの発生位置において、クランク角度に対する振動波形の変化が小さい。

一方、ノックまたは燃焼ノイズによる振動波形は、点火サイクルごとに異なるので、図６（ｂ）のように振動波形を重ね書きすると、ノックや燃焼ノイズの発生位置において、クランク角度に対する振動波形の変化が大きい。
したがって、振動波形平均値ＶＩＡは、点火サイクルごとのノックまたは燃焼ノイズによる振動波形の影響を大きく受けることがなく、スラップノイズおよびインジェクタノイズ、ならびに定常的に発生する燃焼ノイズによるノイズ振動波形を、適切に算出することができる。

この結果、図６（ａ）（または、図６（ｂ）内の細線）の振動波形から、振動波形平均値ＶＩＡ（図６（ｂ）内の太線）を減算することにより、図６（Ａ）（または、図６（Ｂ））のように、ノイズ振動波形を適切に除去することができる。
これにより、図６（Ｃ）のように、ノック検出区間τｋにおいてノイズ振動が重畳する場合においても、ノックを高精度に検出することができる。

次に、図７を参照しながら、ノック検出区間τｋにおいて、ノイズ振動（たとえば、インジェクタノイズ）の発生位置がノック発生位置近傍に変化して重畳した場合での、ノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの過程について説明する。

図７はノック発生かつノイズ重畳ありかつノイズ位置変化ありの条件下での処理過程を示す説明図であり、図６の状態に対して、インジェクタノイズの発生位置（クランク角度β）が、ノック発生位置（３０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］付近）の近傍に変化した場合を示している。

図７（ａ）は、振動波形検出手段２０により検出される１つの点火サイクルのクランク角度に対する振動波形の一例を示している。
図７（ｂ）は、複数の点火サイクルのクランク角度に対する振動波形（細線）を重ね書きして示すとともに、振動波形平均値算出手段２１により算出される振動波形平均値ＶＩＡ（太線）を示している。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）内の細線に対応して従来装置で算出される振動波形のピーク値ｖｐ（実線）、バックグランドレベルｖｂｇｌ（点線）、ノック判定閾値ｖｔｈ（２点鎖線）の一例を示すタイミング波形である。

図７（Ａ）は、ノイズ振動波形除去手段２２の出力波形を示しており、図７（ａ）の振動波形から振動波形平均値ＶＩＡ（図７（ｂ）内の太線）を除去した後の１つの点火サイクルのクランク角度に対する振動波形の一例を示している。
図７（Ｂ）は、ノイズ振動波形を除去した後の複数の点火サイクルのクランク角度に対する振動波形を重ね書きしたものである。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）に対応して、ノック判定閾値算出手段２３により算出される振動波形のピーク値ＶＰ（実線）、バックグランドレベルＶＢＧＬ（点線）、ノック判定閾値ＶＴＨ（２点鎖線）を示すタイミング波形である。

図７（ａ）のように、インジェクタノイズの発生位置（クランク角度β）がノック振動波形と同じタイミング（３０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］付近）に変化した場合には、インジェクタノイズによるノイズ振動波形と、ノックに起因したノック振動波形とが積算される形状となる。
このような状態では、検出した振動波形およびそのピーク位置がインジェクタノイズに起因しているかノックに起因しているかを判別することは困難である。

この場合、前述の特許文献１のように、振動波形と記憶されたノイズ振動波形とを比較してノイズ振動の発生位置を特定し、除去することは困難である。
また、インジェクタノイズによる振動波形とノック振動波形とが積算される形状になることから、図７（ｂ）のように、インジェクタノイズの発生位置（クランク角度β）においてノック振動の影響を受けるので、従来装置では、インジェクタノイズによる振動波形のピーク値が発生する位置と、ノック振動波形のピーク値が発生する位置とが完全に一致しない限り、図７（ｃ）のように、時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３でピーク値ｖｐがノック判定閾値ｖｔｈを超えることができず、ノック発生を高精度に検出することができない可能性がある。

また、前述と同様に、従来装置の場合には、インジェクタノイズの影響により、ノイズが重畳していない場合（図３（ｃ））と比べて、ピーク値ｖｐおよびノック判定閾値ｖｔｈのレベルが大きくなるので、インジェクタノイズがノック検出区間τｋに重畳しない状態から、ノック検出区間τｋに重畳する状態に変化した場合に、フィルタ処理により算出されるノック判定閾値ｖｔｈの追従が遅れてしまい、インジェクタノイズをノックと誤検出する可能性がある。

一方、この発明の実施の形態１によれば、ノイズ振動波形として、複数の点火サイクルごとのクランク角度に対する振動波形平均値ＶＩＡ（図７（ｂ）内の太線）を算出している。
前述のように、インジェクタノイズによる振動波形は、点火サイクルごとにほぼ同一なので、ノック振動波形に重畳している場合でも、振動波形平均値ＶＩＡを算出することにより、インジェクタノイズによる振動波形（太線参照）を適切に算出することができる。

したがって、図７（ａ）のように検出された振動波形から、振動波形平均値ＶＩＡ（図７（ｂ）内の太線）を減算することにより、図７（Ａ）のように、ノイズ振動波形が適切に除去された振動波形を取得することができる。
これにより、インジェクタノイズによる振動波形とノック振動波形とが同じタイミングで発生した場合でも、図７（Ｃ）のように、ノックを高精度に検出することができる。

次に、図８を参照しながら、ノック検出区間τｋにおいて、ノイズ振動波形（スラップノイズおよびインジェクタノイズ）の形状が変化して重畳した場合での、ノイズ振動波形除去からノック判定閾値算出までの過程について説明する。

図８はこの発明の実施の形態１によるノック発生かつノイズ重畳ありかつノイズ形状変化ありの条件下での処理過程を示す説明図であり、図６の状態に対して、スラップノイズおよびインジェクタノイズの振動波形の形状が変化した場合を示している。

図８（ａ）は、振動波形検出手段２０により検出される１つの点火サイクルのクランク角度に対する振動波形の一例を示している。
図８（ｂ）は、複数の点火サイクルのクランク角度に対する振動波形（細線）を重ね書きして示すとともに、振動波形平均値算出手段２１により算出される振動波形平均値ＶＩＡ（太線）を示している。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）内の細線に対応して従来装置で算出される振動波形のピーク値ｖｐ（実線）、バックグランドレベルｖｂｇｌ（点線）、ノック判定閾値ｖｔｈ（２点鎖線）の一例を示すタイミング波形である。

図８（Ａ）は、ノイズ振動波形除去手段２２の出力波形を示しており、図８（ａ）の振動波形から振動波形平均値ＶＩＡ（図８（ｂ）内の太線）を除去した後の１つの点火サイクルのクランク角度に対する振動波形の一例を示している。
図８（Ｂ）は、ノイズ振動波形を除去した後の複数の点火サイクルのクランク角度に対する振動波形を重ね書きしたものである。

図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）に対応して、ノック判定閾値算出手段２３により算出される振動波形のピーク値ＶＰ（実線）、バックグランドレベルＶＢＧＬ（点線）、ノック判定閾値ＶＴＨ（２点鎖線）を示すタイミング波形である。

一般に、図８（ａ）のように、スラップノイズ（クランク角度α）やインジェクタノイズ（クランク角度β）に起因したノイズ振動波形は、エンジン１または構成部品の固体差、ノックセンサ１１と構成部品との設置距離、または、内燃機関の運転状態などにより、代表的な振動波形（図６（ａ）参照）と比べて変化する場合がある。

このように、ノイズ振動波形は多種多様に変化するので、前述の特許文献１のように、ノイズ振動波形をあらかじめ実験などにより適合しておくことは実際には困難であり、たとえ適合したとしても、多大な適合工数がかかるうえ、実際に発生しているノイズ振動波形を適切に除去することができずに、ノック検出性が悪化する可能性がある。
また、インジェクタノイズのような構成部品の作動に起因したノイズ振動とは異なり、スラップノイズのようなエンジン１ごとに固有のノイズ振動は、発生位置の特定が困難である。

一方、この発明の実施の形態１によれば、ノイズ振動波形として、複数の点火サイクルごとのクランク角度に対する振動波形平均値ＶＩＡ（図８（ｂ）内の太線）を算出している。
前述のように、スラップノイズやインジェクタノイズによる振動波形は、点火サイクルごとにほぼ同一なので、図８（ｂ）に示すように、振動波形を重ね書きするとスラップノイズやインジェクタノイズの発生位置においてクランク角度に対する振動波形の変化が小さく、振動波形平均値ＶＩＡ（図８（ｂ）内の太線）に大きく反映される。

一方、ノックまたは燃焼ノイズによる振動波形は、点火サイクルごとに異なるので、図８（ｂ）のように振動波形を重ね書きすると、ノックや燃焼ノイズの発生位置においてクランク角度に対する振動波形の変化が大きく、振動波形平均値ＶＩＡは、点火サイクルごとのノックまたは燃焼ノイズによる振動波形の影響を大きく受けることがない。
したがって、スラップノイズやインジェクタノイズと、定常的に発生する燃焼ノイズによるノイズ振動波形とを、適切に算出することができる。

この結果、図８（ａ）（または、図８（ｂ）内の細線）の振動波形から、振動波形平均値ＶＩＡ（図８（ｂ）内の太線）を減算することにより、図８（Ａ）（または、図８（Ｂ））のように、ノイズ振動波形が適切に除去された振動波形を取得することができる。
これにより、ノイズ振動波形の形状が変化した場合でも、図８（Ｃ）のように、ノックを高精度に検出することができる。

次に、図１１のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るノック制御機能の動作について説明する。
図１１において、まず、マイクロコンピュータ６２」内の振動波形検出手段２０は、ノックセンサ１１およびクランク角センサ９からの検出信号に基づき、クランク角度に対する振動強度を振動波形として検出する（ステップＳ１０１）。

このとき、振動波形の検出は、ノック検出区間τｋ（たとえば、ＴＤＣ〜６０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）および各ノイズ振動波形算出区間について行われる。
なお、ノイズ振動波形算出区間としては、クランク角度を基準としてあらかじめ実験的に求められるクランク角度区間（たとえば、−１０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］〜７０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）と、エンジン１の構成部品の作動位置を基準としてあらかじめ実験的に求められるクランク角度区間（たとえば、インジェクタ３の噴射時期から１０［ｄｅｇ．ＣＡ］（ＣＡ：Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ）の区間）と、燃焼位置を基準としてあらかじめ実験的に求められるクランク角度区間（たとえば、点火時期から３０［ｄｅｇ．ＣＡ］の区間）と、のうちのいずれかが適用される。

続いて、振動波形平均値算出手段２１は、ステップＳ１０１で検出された各ノイズ振動波形算出区間における振動波形に対し、所定クランク角度（たとえば、１［ｄｅｇ．ＣＡ］）ごとに、複数の点火サイクルにわたってフィルタ処理を行うことにより、振動波形平均値を算出する（ステップＳ１０２）。
また、振動波形平均値算出手段２１は、ノック検出区間τｋにおいて、ステップＳ１０２で算出した複数の振動波形平均値の最大値を、最終的な振動波形平均値ＶＩＡとして算出する（ステップＳ１０３）。

次に、ノイズ振動波形除去手段２２は、ノック検出区間τｋにおいて、ステップＳ１０１で検出された振動波形（振動強度ＶＩ）から、ステップＳ１０３で算出された振動波形平均値ＶＩＡ（振動波形平均値の最大値）を減算する（ステップＳ１０４）。
また、ノイズ振動波形除去手段２２は、ステップＳ１０４で振動波形平均値ＶＩＡ（最大値）を減算後の振動波形のピーク値ＶＰを算出する（ステップＳ１０５）。
続いて、ノック判定閾値算出手段２３は、ピーク値ＶＰに基づきノック判定閾値ＶＴＨを算出する（ステップＳ１０６）。

次に、ノック判定手段２４は、ピーク値ＶＰがノック判定閾値ＶＴＨよりも大きいか否かにより、実際にノックが発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
最後に、ノック補正量算出手段２５は、ステップＳ１０７の判定結果が「ＶＰ＞ＶＴＨ（すなわち、ＹＥＳ）」の場合には、ノックが発生していると見なして、点火コイル１３および点火プラグ２の駆動タイミング（点火時期）を遅角補正するためのノック補正量θＲを算出し（ステップＳ１０８）、図１１の処理ルーチンを終了してリターンする。

一方、ステップＳ１０７の判定結果が「ＶＰ≦ＶＴＨ（すなわち、ＮＯ）」の場合には、ノック補正量算出手段２５は、ノックが発生していないものと見なして、点火時期を進角復帰させて（ステップＳ１０９）、図１１の処理ルーチンを終了してリターンする。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置は、エンジン１（内燃機関）の振動を検出するノックセンサ１１と、エンジン１のクランク角度を検出するクランク角センサ９と、クランク角度に対応させて、ノックセンサ１１の検出信号からノック固有周波数成分の振動波形を検出する振動波形検出手段２０と、エンジン１の複数の点火サイクルにわたって振動波形をフィルタ処理することにより、定常的に発生するノイズ振動波形に対応した振動波形平均値ＶＩＡを算出する振動波形平均値算出手段２１と、振動波形から振動波形平均値ＶＩＡを減算することによりノイズ振動波形を除去するノイズ振動波形除去手段２２と、ノイズ振動波形が除去された後の振動波形のピーク値ＶＰに基づいてノック判定閾値ＶＴＨを算出するノック判定閾値算出手段２３と、ピーク値ＶＰとノック判定閾値ＶＴＨとを比較することにより、エンジン１にノックが発生したか否かを判定するノック判定手段２４と、を備えている。
ノック判定手段２４は、ピーク値ＶＰがノック判定閾値ＶＴＨよりも大きい場合に、エンジン１にノックが発生したと判定する。

このように、点火サイクルごとに検出される振動波形を複数の点火サイクルにわたって所定のクランク角度ごとにフィルタ処理して振動波形平均値ＶＩＡを算出することにより、多種多様に変化するノイズ振動波形を、特に綿密な適合を行うことなく、高精度に算出することができる。

また、検出された振動波形から、算出された振動波形平均値ＶＩＡを減算することにより、ノイズ振動波形の発生位置や形状を適合させることなく、ノイズ振動波形を適切かつ高精度に除去することができる。
さらに、ノイズ除去後の振動波形のピーク値ＶＰと、ピーク値ＶＰに基づき算出されたノック判定閾値ＶＴＨとを比較することにより、エンジン１にノックが発生したか否かを高精度に検出することができる。

したがって、エンジン１の作動に起因して、ノック以外の要因で定常的に発生する多種多様なノイズ振動波形を、ノイズ振動波形の発生位置や形状を適合することなく、適切に算出および除去することができ、ノック検出性を十分に向上させた内燃機関のノック制御装置を実現することができる。
すなわち、適合工数を削減して、ノック検出のＳ／Ｎおよびロバスト（Ｒｏｂｕｓｔ）の向上を実現することができる。

また、振動波形平均値算出手段２１は、エンジン１の燃焼位置または部品作動位置、またはクランク角度のうちの少なくとも１つを基準として、それぞれ個別に振動波形平均値ＶＩＡを算出し、燃焼位置は、エンジン１の点火時期を含み、部品作動位置は、インジェクタ３の噴射時期、または、吸気バルブ１ｃまたは排気バルブ１ｄの開閉時期を含む。
これにより、ノイズ振動波形の発生位置が変化した場合においても、適切にノイズ振動波形を算出することが可能となる。

また、振動波形平均値算出手段２１は、算出した複数の振動波形平均値の最大値を最終的な振動波形平均値ＶＩＡとする。
これにより、複数のノイズ振動波形が同じタイミングで重畳した場合においても、適切にノイズ振動波形を算出することが可能となる。

１ エンジン、１ａ 気筒、１ｂ 燃焼室、１ｃ 吸気バルブ、１ｄ 排気バルブ、１ｅ ピストン、１ｆ クランク軸、１ｇ カム軸、１ｈ コネテクティングロッド、２ 点火プラグ、３ インジェクタ、４ 吸気通路、５ 電子制御スロットル、５ａ スロットルバルブ、５ｂ モータ、５ｃ スロットル開度センサ、６ ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）、７ アクセルペダル、８ アクセルポジションセンサ、９ クランク角センサ、１０ カム角センサ、１１ ノックセンサ、１２ エアフローセンサ、１３ 点火コイル、１４ エアクリーナ、１５ サージタンク、１６ エキゾーストマニホールド、１７ 触媒、１９ Ａ／Ｄ変換器、２０ 振動波形検出手段、２１ 振動波形平均値算出手段、２２ ノイズ振動波形除去手段、２３ ノック判定閾値算出手段、２４ ノック判定手段、２５ ノック補正量算出手段、６１ Ｉ／Ｆ回路、６２ マイクロコンピュータ、ＶＩＡ 振動波形平均値、ＶＰ ピーク値、ＶＴＨ ノック判定閾値、θＲ ノック補正量、τ１、τ２、τ３ ノイズ振動波形算出区間、τｋ ノック検出区間。

Claims (5)

1. 内燃機関の振動を検出するノックセンサと、
   前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角センサと、
   前記クランク角度に対応させて、前記ノックセンサの検出信号からノック固有周波数成分の振動波形を検出する振動波形検出手段と、
   前記内燃機関の複数の点火サイクルにわたって、前記クランク角度ごとに、前記振動波形に係る振動強度の平均値を算出することにより、定常的に発生するノイズ振動波形に対応した振動波形平均値を算出する振動波形平均値算出手段と、
   前記振動波形から前記振動波形平均値を減算することにより前記ノイズ振動波形を除去するノイズ振動波形除去手段と、
   前記ノイズ振動波形が除去された後の振動波形のピーク値に基づいてノック判定閾値を算出するノック判定閾値算出手段と、
   前記ピーク値と前記ノック判定閾値とを比較することにより、前記内燃機関にノックが発生したか否かを判定するノック判定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関のノック制御装置。
2. 前記振動波形平均値算出手段は、前記内燃機関の燃焼位置または部品作動位置、または前記クランク角度のうちの少なくとも１つを基準として、それぞれ個別に前記振動波形平均値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノック制御装置。
3. 前記燃焼位置は、前記内燃機関の点火時期を含み、
   前記部品作動位置は、前記内燃機関のインジェクタ噴射時期、または、吸気および排気バルブ開閉時期を含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のノック制御装置。
4. 前記振動波形平均値算出手段は、算出した複数の振動波形平均値の最大値を最終的な振動波形平均値とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関のノック制御装置。
5. 前記ノック判定手段は、前記ピーク値、前記ピーク値の平均値および前記ノック判定閾値に基づいて算出されるノック強度が０よりも大きい場合に、前記内燃機関にノックが発生したと判定することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関のノック制御装置。

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